DESSEN HERSTELLUNGSVERFAHREN

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2018 108 875.2, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Eine lichtemittierende Diode (LED) ist eine lichtemittierende Vorrichtung, die auf Halbleitermaterialien basiert. Üblicher weise umfasst eine LED einen pn-Übergang. Wenn Elektronen und Löcher miteinander im Bereich des pn-Übergangs rekombinieren, beispielsweise weil eine entsprechende Spannung angelegt wird, wird elektromagnetische Strahlung erzeugt. LEDs sind für eine Vielzahl von Anwendungen einschließlich Anzeigevorrichtungen, Beleuchtungsvorrichtungen, Kfz-Beleuchtung, Projektoren und weitere entwickelt worden. Beispielsweise werden Anordnungen von LEDs oder lichtemittierenden Bereichen, jeweils mit einer Vielzahl von LEDs oder lichtemittierenden Bereichen weit ver breitet für diese Zwecke eingesetzt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes optoelektronisches Bauelement sowie ein verbes sertes Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bau elements zur Verfügung zu stellen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteil hafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Patentansprü chen definiert.

Gemäß Ausführungsformen umfasst ein optoelektronisches Bauele ment einen optoelektronischen Halbleiterchip mit optoelektro- nischen Halbleiterschichten, die geeignet sind, elektromagne tische Strahlung zu erzeugen. Die optoelektronischen Halb leiterschichten umfassen eine erste Halbleiterschicht, aus der die erzeugte elektromagnetische Strahlung auskoppelbar ist. Das optoelektronische Bauelement umfasst ferner eine Passivie rungsschicht in direktem Kontakt mit einer ersten Hauptober fläche der ersten Halbleiterschicht. Die Passivierungsschicht enthält Quantenpunkt-Teilchen, welche geeignet sind, eine Wel lenlänge der erzeugten elektromagnetischen Strahlung zu kon vertieren .

Die Passivierungsschicht hat beispielsweise eine Schichtdicke kleiner als 10 ym, beispielsweise kleiner als 5 ym und weiter hin kleiner als 3 ym oder kleiner als 1 ym.

Die Quantenpunkt-Teilchen können beispielsweise CdSe, CdS, InP oder ZnS enthalten.

Gemäß Ausführungsformen kann die Passivierungsschicht zusätz lich passive Quantenpunkt-Teilchen enthalten. Die passiven Quantenpunkt-Teilchen können beispielsweise nicht oder nur in geringem Maße geeignet sein, die Wellenlänge der erzeugten elektromagnetischen Strahlung zu konvertieren. Beispielsweise kann eine Absorptionswellenlänge der passiven Quantenpunkt- Teilchen kleiner als die Wellenlänge der erzeugten elektromag netischen Strahlung sein.

Die Passivierungsschicht kann Siliziumdioxid, Titandioxid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Siliziumnitrid oder Mischungen die ser Materialien enthalten. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Passivierungsschicht weitere Teilchen enthalten, die geeignet sind, den Brechungsindex der Passivierungsschicht zu erhöhen. Beispielsweise kann die Passivierungsschicht einen Brechungsindex größer als 1,6 haben. Gemäß Ausführungsformen kann das optoelektronische Bauelement einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweisen, wo bei eine Schichtdicke der Passivierungsschicht in dem ersten Bereich von der Schichtdicke der Passivierungsschicht in dem zweiten Bereich verschieden ist.

Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Passivierungsschicht einen ersten Teil und einen zweiten Teil enthalten, wobei der erste Teil der Passivierungsschicht eine andere Zusammenset zung als der zweite Teil der Passivierungsschicht hat.

Beispielsweise kann eine erste Hauptoberfläche der Passivie rungsschicht eine erste Hauptoberfläche des optoelektronischen Bauelements bilden.

Gemäß Ausführungsformen kann die erste Hauptoberfläche der Passivierungsschicht aufgeraut sein.

Ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauele ments umfasst das Aufbringen einer Passivierungsschicht in di rektem Kontakt mit einer ersten Hauptoberfläche einer ersten Halbleiterschicht eines optoelektronischen Halbleiterchips mit optoelektronischen Halbleiterschichten, die geeignet sind, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Dabei umfassen die optoelektronischen Halbleiterschichten die erste Halbleiter schicht umfassen, aus der die erzeugte elektromagnetische Strahlung auskoppelbar ist. Die Passivierungsschicht enthält Quantenpunkt-Teilchen, welche geeignet sind, eine Wellenlänge der erzeugten elektromagnetischen Strahlung zu konvertieren.

Beispielsweise kann die Passivierungsschicht durch ein Sol- Gel-Verfahren aufgebracht werden. Das Verfahren kann weiter den Schritt zum lokalen Dünnen der Passivierungsschicht enthalten, so dass das optoelektronische Bauelement einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich auf weist, wobei eine Schichtdicke der Passivierungsschicht in dem ersten Bereich von der Schichtdicke der Passivierungs schicht in dem zweiten Bereich verschieden ist.

Beispielsweise kann ein erster Teil und ein zweiter Teil der Passivierungsschicht jeweils strukturiert aufgebracht werden, so dass die Passivierungsschicht einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufweist. Dabei hat der erste Teil der Passivie rungsschicht eine andere Zusammensetzung als der zweite Teil der Passivierungsschicht.

Das Verfahren kann ferner das Aufrauen einer ersten Hauptober fläche der Passivierungsschicht umfassen.

Die begleitenden Zeichnungen dienen dem Verständnis von Aus führungsbeispielen der Erfindung. Die Zeichnungen veranschau lichen Ausführungsbeispiele und dienen zusammen mit der Be schreibung deren Erläuterung. Weitere Ausführungsbeispiele und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile ergeben sich unmittel bar aus der nachfolgenden Detailbeschreibung. Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente und Strukturen sind nicht not wendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche Bezugszeichen verweisen auf gleiche oder einander entsprechen de Elemente und Strukturen.

FIG. 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Tei les eines optoelektronischen Bauelements. FIG. 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Teils eines opto elektronischen Bauelements zur Veranschaulichung von Emissi onsvorgängen .

FIG. 3 zeigt eine Querschnittsansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß weiteren Ausführungsformen.

FIG. 4A zeigt eine weitere Querschnittsansicht eines opto elektronischen Bauelements gemäß Ausführungsformen.

FIG. 4B zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Teil ei nes optoelektronischen Bauelements.

In der folgenden Detailbeschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zu Veranschaulichungszwecken spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind. In diesem Zusammenhang wird eine Richtungsterminologie wie "Oberseite", "Boden", "Vorder seite", "Rückseite", "über", "auf", "vor", "hinter", "vorne", "hinten" usw. auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Fi guren bezogen. Da die Komponenten der Ausführungsbeispiele in unterschiedlichen Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie nur der Erläuterung und ist in keiner Weise einschränkend.

Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist nicht einschrän kend, da auch andere Ausführungsbeispiele existieren und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne dass dabei vom durch die Patentansprüche definierten Be reich abgewichen wird. Insbesondere können Elemente von im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Elementen von anderen der beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt. Die Begriffe "Wafer" oder "Halbleitersubstrat", die in der folgenden Beschreibung verwendet sind, können jegliche auf Halbleiter beruhende Struktur umfassen, die eine Halb leiteroberfläche hat. Wafer und Struktur sind so zu verstehen, dass sie dotierte und undotierte Halbleiter, epitaktische Halbleiterschichten, gegebenenfalls getragen durch eine Basis unterlage, und weitere Halbleiterstrukturen einschließen. Bei spielsweise kann eine Schicht aus einem ersten Halbleitermate rial auf einem Wachstumssubstrat aus einem zweiten Halbleiter material oder aus einem isolierenden Material, beispielsweise auf einem Saphirsubstrat, gewachsen sein. Je nach Verwendungs zweck kann der Halbleiter auf einem direkten oder einem indi rekten Halbleitermaterial basieren. Beispiele für zur Erzeu gung elektromagnetischer Strahlung besonders geeignete Halb leitermaterialien umfassen insbesondere Nitrid- Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise ultraviolet tes, blaues oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaN, InGaN, A1N, AlGaN, AlGalnN, Phosphid- Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise grünes oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaAsP, AlGalnP, GaP, AlGaP, sowie weitere Halbleitermateria lien wie AlGaAs, SiC, ZnSe, GaAs, ZnO, Ga2Cg, Diamant, hexago nales BN und Kombinationen der genannten Materialien. Das stö chiometrische Verhältnis der ternären oder quaternären Verbin dungen kann variieren. Weitere Beispiele für Halbleitermateri alien können Silizium, Silizium-Germanium und Germanium umfas sen. Im Kontext der vorliegenden Beschreibung schließt der Be griff „Halbleiter" auch organische Halbleitermaterialien ein.

Die Begriffe "lateral" und "horizontal", wie in dieser Be schreibung verwendet, sollen eine Orientierung oder Ausrich tung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer ersten Oberfläche eines Halbleitersubstrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder einer Die oder eines Chips sein.

Der Begriff "vertikal", wie er in dieser Beschreibung verwen det wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentli chen senkrecht zu der ersten Oberfläche des Halbleitersub strats oder Halbleiterkörpers verläuft.

Soweit hier die Begriffe "haben", "enthalten", "umfassen", "aufweisen" und dergleichen verwendet werden, handelt es sich um offene Begriffe, die auf das Vorhandensein der besagten Elemente oder Merkmale hinweisen, das Vorhandensein von weite ren Elementen oder Merkmalen aber nicht ausschließen. Die un bestimmten Artikel und die bestimmten Artikel umfassen sowohl den Plural als auch den Singular, sofern sich aus dem Zusam menhang nicht eindeutig etwas anderes ergibt.

Im Kontext dieser Beschreibung bedeutet der Begriff „elektrisch verbunden" eine niederohmige elektrische Verbin dung zwischen den verbundenen Elementen. Die elektrisch ver bundenen Elemente müssen nicht notwendigerweise direkt mitei nander verbunden sein. Weitere Elemente können zwischen elektrisch verbundenen Elementen angeordnet sein.

Der Begriff „elektrisch verbunden" umfasst auch Tunnelkontakte zwischen den verbundenen Elementen.

Üblicherweise kann die Wellenlänge von einem LED-Chip emit tierter elektromagnetischer Strahlung unter Verwendung eines Konvertermaterials, welches einen Leuchtstoff oder Phosphor enthält, konvertiert werden. Beispielsweise kann weißes Licht durch eine Kombination eines LED-Chips, der blaues Licht emit tiert, mit einem geeigneten Leuchtstoff erzeugt werden. Bei spielsweise kann der Leuchtstoff ein gelber Leuchtstoff sein, der, wenn er durch das Licht des blauen LED-Chips angeregt wird, geeignet ist, gelbes Licht zu emittieren. Der Leucht stoff kann beispielsweise einen Teil der von dem LED-Chip emittierten elektromagnetischen Strahlung absorbieren. Die Kombination von blauem und gelbem Licht wird als weißes Licht wahrgenommen. Durch Beimischen weiterer Leuchtstoffe, die ge eignet sind, Licht einer weiteren Wellenlänge, beispielsweise rot zu emittieren, kann beispielsweise die Farbtemperatur, die Farbqualität, die Leuchteffizienz oder weitere Eigenschaften des erzeugten Lichts geändert werden. Gemäß weiteren Konzepten kann weißes Licht durch eine Kombination, die einen blauen LED-Chip und einen grünen sowie einen roten Leuchtstoff ent hält, erzeugt werden. Es ist selbstverständlich, dass ein Kon vertermaterial mehrere verschiedene Leuchtstoffe, die jeweils unterschiedliche Wellenlängen emittieren, umfassen kann.

Gemäß Ausführungsformen wird ein Leuchtstoffmaterial, bei spielsweise ein Leuchtstoffpulver, in ein geeignetes Matrixma terial eingebettet. Ein geeignetes Matrixmaterial kann im Rah men der vorliegenden Beschreibung eine Passivierungsschicht sein, die zum Einkapseln des lichtemittierenden Chips vorgese hen ist, wie in der folgenden Beschreibung ausgeführt werden wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Teilchen des Leuchtstoffmaterials Quantenpunkt-Teilchen sind. Genauer ge sagt liegt das Leuchtstoffmaterial in Form von Nanoteilchen oder Mikrokristallen vor, die als Quantenpunkte realisiert sind .

Quantenpunkte („QDs" oder „Quantum Dots", auch als Halbleiter- Nanokristalle bekannt) sind kleine Kristalle aus II-VI-, III- V-, IV-V-Materialien, die typischerweise einen Durchmesser von 1 nm bis 20 nm haben, was im Bereich der de-Broglie Wellenlän ge der Ladungsträger liegt. Der Energieunterschied der La dungsträger-Zustände eines Quantenpunkts ist eine Funktion von sowohl der Zusammensetzung als auch der physikalischen Größe der Quantenpunkte. Das heißt, bei vorgegebenem Material kann durch Variation der Größe das Emissionsspektrum der Quanten punkte variiert werden. Entsprechend kann unter Verwendung von Quantenpunkten ein großer Wellenlängenbereich erzeugt werden.

Beispielsweise können die Quantenpunkte ein Kernmaterial ent halten, welches von einem Schalenmaterial umgeben ist. Die Bandlücke des Halbleiter-Kernmaterials kann kleiner sein als die Bandlücke des Halbleiter-Schalenmaterials. Beispielsweise kann der Kern aus CdSe aufgebaut sein, und die Schale kann CdS sowie gegebenenfalls weitere Schichten enthalten. Gemäß weite ren Ausführungsformen kann der Kern aus InP aufgebaut sein, und die Schale enthält ZnS und gegebenenfalls weitere Schich ten. Pulver aus derartigen Quantenpunkt-Nanoteilchen sind kom merziell erhältlich. Prinzipiell können Quantenpunkte eines oder mehrere der folgenden Materialien enthalten: CdS, CdSe, CdTe, CdPo, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnPo, HgS, HgSe, HgTe, MgS, MgSe, MgTe, PbSe, PbS, PbTe, GaN, GaP, GaAs, InP, InAs, CuInS2, CdSi- _x Se, BaTi0 ₃ , PbZr0 ₃ , PbZr _x Tii_ _x 0 ₃ , Ba _x Sri_ _x , SrTi0 ₃ , LaMn0 ₃ , CaMn0 ₃ und Lai- _x Ca _x Mn0 ₃ .

FIG. 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Teils eines opto elektronischen Bauelements 10 gemäß Ausführungsformen. Das optoelektronische Bauelement 10 umfasst einen optoelektroni schen Halbleiterchip 100 mit optoelektronischen Halbleiter schichten 115, 116, 117, die geeignet sind, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Die optoelektronischen Halbleiter schichten enthalten eine erste Halbleiterschicht 115, aus der die erzeugte elektromagnetische Strahlung 15 auskoppelbar ist. Eine Passivierungsschicht 120 ist in direktem Kontakt mit der ersten Hauptoberfläche 110 der ersten Halbleiterschicht 115 angeordnet. Die Passivierungsschicht 120 enthält Quantenpunkt- Teilchen 121, die geeignet sind, eine Wellenlänge der erzeug ten elektromagnetischen Strahlung 15 zu konvertieren.

Die Passivierungsschicht 120 ist in Kontakt mit der Halb leiterschicht 115 angeordnet, aus der die erzeugte elektromag netische Strahlung 15 ausgekoppelt wird. Die Passivierungs schicht kann beispielsweise Siliziumdioxid enthalten. Die Pas sivierungsschicht passiviert die Halbleiterschichten des opto elektronischen Halbleiterchips elektrisch und chemisch und kapselt sie ein. Insbesondere wird durch diese Schicht eine Oberfläche des Halbleiterchips passiviert. Weiterhin wird die Halbleiterschicht sowohl mechanisch als auch chemisch und elektrisch vor Umwelteinflüssen geschützt. Eine erste Haupt oberfläche 125 der Passivierungsschicht 120 bildet die erste Hauptoberfläche des optoelektronischen Bauelements 10.

Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist vorge sehen, dass Quantenpunkt-Teilchen 121 in dieser Passivierungs schicht 120 enthalten sind. Diese Quantenpunkt-Teilchen 121 dienen als Konvertermaterial zum Konvertieren der von dem optoelektronischen Bauelement emittierten elektromagnetischen Strahlung. Beispielsweise können die Quantenpunkte Nanoteil- chen sein, die üblicherweise CdSe, CdS, InP, ZnS mit einem ho hen Brechungsindex enthalten. Dadurch, dass die Passivierungs schicht 120 derartige Quantenpunkt-Teilchen 121 enthält, wird zusätzlich der Brechungsindex der Passivierungsschicht 120 er höht .

Als Ergebnis kann in Abhängigkeit von der Konzentration der Quantenpunkt-Teilchen 121 der Brechungsindex der Passivie rungsschicht 120 erhöht und an den Brechungsindex der Halb leiterschichten des Halbleiterchips 100 angepasst werden. Als Ergebnis ist es möglich, den Unterschied zwischen Brechungsin dex der ersten Halbleiterschicht und der Passivierungsschicht im Vergleich zu einer üblicherweise verwendeten Passivierungs schicht ohne Quantenpunkt-Nanoteilchen zu verringern. Als Fol ge kann die Auskoppeleffizienz des optoelektronischen Bauele ments erhöht werden. Beispielsweise kann der Brechungsindex der Passivierungsschicht mit Quantenpunkt-Teilchen 121 größer als 1,6 oder 1,8, beispielsweise auch größer als 2,0 sein.

Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Passivierungsschicht 120 zusätzlich passive Quantenpunkt-Teilchen 122 enthalten. Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung sind passive Quanten punkt-Teilchen 122 solche Quantenpunkt-Teilchen, die nicht o- der nur in geringem oder vernachlässigbarem Maße geeignet sind, die Wellenlänge der erzeugten elektromagnetischen Strah lung zu konvertieren. Beispielsweise können die passiven Quan tenpunkt-Teilchen 122 geeignet sein, Licht mit einer kürzeren Wellenlänge als die von dem optoelektronischen Halbleiterchip emittierte elektromagnetische Strahlung zu absorbieren. Derar tige passive Quantenpunkt-Teilchen 122 können zugesetzt sein, um den Brechungsindex der Passivierungsschicht 120 weiter zu erhöhen. Beispielsweise kann der Brechungsindex der Passivie rungsschicht 120 mit konvertierenden Quantenpunkt-Teilchen 121 und passiven Quantenpunkt-Teilchen 122 größer als 2,0 oder 2,1 sein .

Die Passivierungsschicht kann beispielsweise transparente an organische Verbindungen, beispielsweise anorganische Oxide wie Siliziumdioxid, metallische Oxide wie Titandioxid, Alumini umoxid oder Zirkonoxid, oder Siliziumnitrid oder Mischungen dieser Verbindungen enthalten oder aus diesen aufgebaut sein. Beispielsweise kann die Passivierungsschicht als eine Sol-Gel- Schicht ausgeführt sein und beliebige der vorstehend genannten Materialien enthalten. Weitere Beispiele umfassen Polymere, beispielsweise Silikon oder Acrylat, beispielsweise Polyme- thylmethacrylat (PMMA) . Der optoelektronische Halbleiterchip 100 kann beispielsweise eine erste Halbleiterschicht 115, beispielsweise von einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n-Typ sowie eine zweite Halbleiterschicht 116 von einem zweiten Leitfähigkeits typ, beispielsweise p-Typ enthalten. Eine leuchtaktive Schicht 117, beispielsweise eine Schicht mit einem oder mehreren Quan tentöpfen bzw. Quantentrögen kann zwischen der ersten Halb leiterschicht 115 und der zweiten Halbleiterschicht 116 ange ordnet sein. Das Material der ersten und zweiten Halbleiter schicht 115, 116 kann beispielsweise ein I I I /V-Halbleiter sein. Beispiele umfassen insbesondere Nitrid-Halbleiterverbin dungen oder auch Phosphid-Halbleiterverbindungen, wie vorste hend beschrieben.

Wie in FIG. 1 dargestellt, ist die Passivierungsschicht 120 mit den Quantenpunkt-Teilchen 121 direkt angrenzend an die erste Hauptoberfläche 110 der ersten Halbleiterschicht 115 ausgebildet. Entsprechend kann von dem optoelektronischen Halbleiterchip 100 emittierte elektromagnetische Strahlung di rekt in der Passivierungsschicht 120 konvertiert werden. Als Ergebnis ist es möglich, ein kompaktes und effizientes opto elektronisches Halbleiterbauelement herzustellen. Da die Quan tenpunkt-Teilchen einen kleineren Durchmesser als übliche Vo lumen-Leuchtstoffe, die nicht auf Quanteneffekten beruhen, ha ben, kann ein konverterhaltiges optoelektronische Bauelement mit besonders kompakter Größe bereitgestellt werden. Dadurch, dass die Passivierungsschicht, die Quantenpunkt-Teilchen ent hält, einen erhöhten Brechungsindex hat, kann die Auskoppelef fizienz des optoelektronischen Halbleiterbauelements erhöht werden .

FIG. 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht durch das in FIG. 1 gezeigte Halbleiterbauelement zur Erläuterung des Emissionsvorgangs. Zusätzlich sind, beispielsweise von der leuchtaktiven Schicht 117 emittierte Photonen 136 dargestellt. Diese werden von den in der Passivierungsschicht 120 enthalte nen Quantenpunkt-Teilchen 121 konvertiert. Aufgrund der Diffe renz des Brechungsindex zwischen Luft und Passivierungsschicht 120 findet an der Grenzfläche, d.h. der ersten Hauptoberfläche 125 des optoelektronischen Bauelements eine Reflexion eines gewissen Anteils der emittierten Strahlung statt. Das heißt, die emittierte elektromagnetische Strahlung wird zurück zum Halbleiterchip 100 reflektiert, und von diesem wiederum in Richtung der Passivierungsschicht 120 reflektiert. Genauer ge sagt wird das Licht innerhalb des Chips zwischen erster Haupt oberfläche 125 und Rückseite des Bauelements solange reflek tiert, bis es aufgrund der Streuung an Teilchen den passenden Austrittwinkel hat und schließlich ausgekoppelt wird. Als Er gebnis ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein einzelnes Photon von einem Quantenpunkt-Teilchen 121 in seiner Wellenlänge kon vertiert wird, wesentlich höher als bei Bauelementen, in denen eine derartige Reflexion nicht stattfindet. Dadurch, dass die Quantenpunkt-Teilchen 121 in der Passivierungsschicht 120 selbst angeordnet ist, kann infolge dieses Reflexionsverhal tens ein ausreichend hoher Anteil der emittierten elektromag netischen Strahlung konvertiert werden. Die in herkömmlichen optoelektronischen Bauelementen nachteilige Reflexion an der Grenzfläche wird somit ausgenutzt, um den Anteil an konver tierter Strahlung zu erhöhen.

Dadurch, dass das Licht innerhalb der Passivierungsschicht konvertiert wird, wird die Auskopplungseffizienz des emittier ten Lichts erhöht. Dadurch, dass Halbleiterchip und Konverter sehr eng beieinanderliegen und kompakt integriert sind, wird die Kopplung der von dem Halbleiterchip emittierten elektro magnetischen Strahlung in den Konverter stark verbessert. Auf grund der kurzen thermischen Weglänge zu dem Chip, kann in dem Konvertermaterial erzeugte Wärme besonders günstig über den Halbleiterchip abgeführt werden. Da nunmehr die thermische Weglänge kleiner als 1 ym beträgt, ist die thermische Leitfä higkeit des Konversions-Matrixmaterials nicht entscheidend für die Wärmeabfuhr. Dadurch, dass das Konvertermaterial direkt in der Passivierungsschicht integriert ist, ist die Herstellung des Halbleiterbauelements stark vereinfacht. Es ist nicht not wendig, ein separates Konverterelement bereitzustellen.

Beispielsweise haben die Quantenpunkt-Teilchen 121 eine Größe von ungefähr 10 nm. Die Schichtdicke der Passivierungsschicht beträgt einige 100 nm. Beispielsweise kann die Schichtdicke für den Fall der vollständigen Konversion 1 bis 2 ym betragen. Sie kann aber auch kleiner als 1 ym sein. Möglicherweise fin det bei einer Schichtdicke kleiner als 1 ym keine vollständige Konversion statt. Insgesamt kann die Schichtdicke der Passi vierungsschicht mit Konverter kleiner als 3 ym sein. Bei spielsweise enthält die Passivierungsschicht außer den Quan tenpunkt-Teilchen 121 keinen weiteren Volumen-Leuchtstoff bzw. -Phosphor, der nicht auf Quanten-Effekten basiert. Üblicher weise verwendete Leuchtstoffe haben einen Durchmesser größer als 1 ym. Wenn die Passivierungsschicht keinen weiteren Leuchtstoff aufweist, kann die Schichtdicke der Passivierungs schicht 120 auch mit einem Konvertermaterial erheblich gegen über Schichtdicken von konventionellen Konvertern verringert werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen, kann die Oberfläche 225 der Passivierungsschicht 120 aufgeraut werden. Weiterhin können streuende Teilchen oder optische Defekte eingebaut wer den, um die Auskoppelrate von erzeugter elektromagnetischer Strahlung zu erhöhen.

FIG. 3 zeigt eine Querschnittsansicht eines Teils eines opto elektronischen Bauelements gemäß weiteren Ausführungsformen. Beispielsweise basiert das dargestellte Bauelement auf „Thin- GaN-Halbleiterbauelementen" . Dabei werden Halbleiterschichten zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung nach Aufwachsen auf einem Wachstumssubstrat auf einem Träger angeordnet, der vom Wachstumssubstrat verschieden ist. Beispielsweise kann ein geeigneter Träger 242 auf einen epitaktisch gewachsenen Halbleiterschicht-Stapel aufgebracht werden. Nachfolgend wird das Wachstumssubstrat abgelöst.

Das in FIG. 3 dargestellte optoelektronische Bauelement ent hält einen Träger 242 beispielsweise aus einem isolierenden Material, welcher von dem Wachstumssubstrat verschieden ist. Auf einer Seite des Trägers 242 ist eine Rückseitenmetallisie rung 240 aus einem elektrisch leitenden Material vorgesehen. Auf der von der Rückseitenmetallisierungsschicht 240 abgewand ten Seite des Trägers 242 ist ein Verbindungsmaterial 245 zum Verbinden des Halbleiterchips 200 mit dem Träger 242 aufge bracht. Über dem Verbindungsmaterial 245 ist eine erste Strom verteilungsschicht 247 angeordnet. Die erste Stromverteilungs schicht 247 ist insbesondere zur elektrischen Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht 215 vorgesehen und kann bei spielsweise ein metallisches Material enthalten. Die erste Stromverteilungsschicht 247 ist durch ein isolierendes Materi al 248 von einer zweiten Stromverteilungsschicht 249 isoliert. Die zweite Stromverteilungsschicht 249 ist mit einer zweiten Halbleiterschicht 216 elektrisch leitend verbunden. Die zweite Stromverteilungsschicht 249 kann ein metallisches Material enthalten. Beispielsweise kann die Schicht 216 eine Halb leiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p- leitend sein. Die erste Halbleiterschicht 215 kann eine Halb leiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n- Typ sein. Eine leuchtaktive Schicht 217, wie vorstehend be schrieben, kann zwischen erster und zweiter Halbleiterschicht 215, 216 angeordnet sein. Beispielsweise können die jeweiligen Halbleiterschichten auf einem III-V-Halbleitersystem, beispielsweise einem Nitrid- Halbleitersystem oder einem Phosphid-Halbleitersystem oder ei nem Nitrid-Phosphid-Halbleitersystem basieren. Die erste Halb leiterschicht 215 ist über Kontaktelemente 212 mit der ersten Stromverteilungsschicht 247 verbunden. Die Kontaktelemente 212 können durch ein isolierendes Material 213 von den angrenzen den Schichten isoliert sein. Beispielsweise können die Kontak telemente 212 säulenförmig ausgebildet sein und sich in bei spielsweise regulären Abständen erstrecken.

Eine Passivierungsschicht 220, die wie vorstehend beschrieben mit konvertierenden Quantenpunkt-Teilchen 221 versetzt ist, ist über der ersten Hauptoberfläche 210 über die die elektro magnetische Strahlung, die von dem Halbleiterchip 200 emit tiert wird, angeordnet und steht mit dieser Schicht in Kon takt. Dadurch, dass der Konverter in direktem Kontakt mit dem Halbleiterchip 100 ausgebildet ist, kann ein optoelektroni sches Bauelement 20 in kompakter Größe realisiert werden. Ge mäß Ausführungsformen kann die Passivierungsschicht 220 auch passive Quantenpunkt-Teilchen 222 enthalten.

FIG. 4A zeigt einen Querschnitt durch einen Teil eines Halb leiterbauelements gemäß weiteren Ausführungsformen. Wie darge stellt, weist das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 einen ersten Bereich 131, einen zweiten Bereich 132 und einen dritten Bereich 133 auf. In einem ersten Bereich 131 hat die Passivierungsschicht 120 eine erste Schichtdicke dl. Im zwei ten Bereich hat die Passivierungsschicht 120 eine Schichtdicke d2. Im dritten Bereich 133 hat die Passivierungsschicht 120 eine Schichtdicke d3. Die Passivierungsschicht 120 enthält konvertierende Quantenpunktteilchen 121 und optional passive Quantenpunktteilchen 122. Als Folge wird von dem Halbleiter chip 100 emittierte elektromagnetische Strahlung 15 in den verschiedenen Bereichen 131, 132, 133 in unterschiedlichem Ausmaß konvertiert. Beispielsweise wird die elektromagnetische Strahlung, die aus dem ersten Bereich 131 emittiert wird, in stärkerem Maße konvertiert als die elektromagnetische Strah lung, die von dem zweiten Bereich 132 emittiert wird. Entspre chend kann durch eine Strukturierung der Passivierungsschicht 120, bei dem die Passivierungsschicht 120 beispielsweise se lektiv gedünnt wird, ein optoelektronisches Bauelement bereit gestellt werden, das in verschiedenen Bereichen unterschiedli che elektromagnetische Strahlung emittiert.

FIG. 4B zeigt eine Draufsicht auf ein weiteres optoelektroni sches Halbleiterbauelement 10. Die Passivierungsschicht 120 weist einen ersten Teil 139, einen zweiten Teil 140, einen dritten Teil 141 und einen vierten Teil 142 auf. Die unter schiedlichen Teile haben jeweils eine unterschiedliche Zusam mensetzung. Beispielsweise enthalten die unterschiedlichen Teile jeweils unterschiedliche Quantenpunkt-Teilchen 121a, 121b, 121c, 121d. Genauer gesagt, enthalten die unterschiedli chen Teile Quantenpunkt-Teilchen, die eingestrahltes Licht zu jeweils unterschiedlichen Wellenlängen konvertieren. Durch beispielsweise strukturiertes Aufbringen der jeweiligen unter schiedlichen Passivierungsschichten, beispielsweise mit unter schiedlichen Konvertermaterialien ist es möglich, ein opto elektronisches Halbleiterbauelement 10 bereitzustellen, das an unterschiedlichen Teilen der Oberfläche unterschiedliche Wel lenlängen emittiert.

Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der Begriff „unter schiedliche Zusammensetzung" jedoch auch bedeuten, dass die Konzentration der Quantenpunkt-Teilchen in den unterschiedli chen Teilen jeweils unterschiedlich ist. Gemäß weiteren Aus führungsformen kann sich auch das Grund- bzw. Matrixmaterial der Passivierungsschicht 120, 220 unterscheiden. Beispielswei- se kann der erste Teil der Passivierungsschicht Siliziumoxid enthalten, und der zweite Teil der Passivierungsschicht ent hält ein anderes Material oder Siliziumoxid mit weiteren Zu sätzen. Beispielsweise kann dadurch der Brechungsindex lokal variieren, wodurch die Eigenschaften des optoelektronischen Bauelements lokal verändert werden können.

Bei Strukturierung der Passivierungsschicht können beispiels weise Chips mit unterschiedlichen Emissionsbereichen bzw. Pi- xeln hergestellt werden. Aufgrund der im Vergleich zu herkömm lichen Volumen-Leuchtstoffen kleinen Größe der Quantenpunkt- Teilchen können selbst besonders kleine Pixelgrößen immer noch sehr groß im Vergleich zu den einzelnen Konverterteilchen sein. Dadurch können kleinere Pixel mit homogenerer Farbver teilung erzielt werden. Durch den engen Kontakt zwischen lichtemittierendem Halbleiterchip und Konverter kann Neben sprechen mit benachbarten Pixeln vermieden werden.

Ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauele ments 10, 20 umfasst das Ausbilden eines optoelektronischen Halbleiterchips 100, 200 mit optoelektronischen Halbleiter schichten, die geeignet sind, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen, wobei die optoelektronischen Halbleiterschichten ei ne erste Halbleiterschicht 115, 215 umfassen, aus der die er zeugte elektromagnetische Strahlung 15 auskoppelbar ist. So dann wird eine Passivierungsschicht 120, 220 in direktem Kon takt mit einer ersten Hauptoberfläche 110, 210 der ersten Halbleiterschicht 115, 215 ausgebildet, wobei die Passivie rungsschicht 120, 220 Quantenpunkt-Teilchen 121, 221 enthält, welche geeignet sind, eine Wellenlänge der erzeugten elektro magnetischen Strahlung 15 zu konvertieren. Die Passivierungs schicht 120, 220 kann direkt auf der ersten Hauptoberfläche 110, 210 der ersten Halbleiterschicht 115, 215 ausgebildet werden . Beispielsweise kann die Passivierungsschicht 120, 220 unter Verwendung eines PECVD-Verfahrens („Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition") unter Verwendung von TEOS (Tetraethyl- orthosilikat) als Ausgangsmaterial hergestellt werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Passivierungsschicht 120, 220 durch ein alternatives Verfahren aus der Gasphase abge schieden werden. Bei Abscheidung aus der Gasphase kann ein Quantenpunkt-Teilchen-haltiges Material, z.B. ein geeignetes Fluid den Ausgangsmaterialien beigefügt werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Passivierungsschicht durch Sputtern hergestellt werden.

Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Passivierungsschicht durch ein sogenanntes Sol-Gel-Verfahren, beispielsweise durch Aufschleudern oder Aufdrucken einer geeigneten Beschichtungs lösung hergestellt werden. Beispielsweise können die Quanten punkte als Pulver aus Nanoteilchen dem Fluid oder der Be schichtungslösung im Sol-Gel-Verfahren beigefügt werden. Prin zipiell kann bei Verwendung des Sol-Gel-Verfahrens jede Sol- Gel-Matrix, die nach einer Wärmebehandlung und Umwandlung in ein Oxid zu einer stabilen passiven Schicht wird, zur Herstel lung der Passivierungsschicht verwendet werden. Beispielsweise kann auch eine Sol-Gel-Matrix verwendet werden, die zu einem Oxid mit höherem Brechungsindex führt, verwendet werden. Bei spiele für geeignete Oxide umfassen insbesondere transparente Oxide wie Si0 ₂ , sowie metallische Oxide wie Ti0 ₂ , AI ₂ O ₃ und Zr0 ₂ - Gemäß weiteren Ausführungsformen können beispielsweise Oxide wie Ti0 ₂ , AI2O3 und ZrO zusätzlich der Passivierungs schicht beigefügt werden, um den Brechungsindex zu erhöhen.

Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben worden sind, werden Fachleute erkennen, dass die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen durch eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausgestaltungen ersetzt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Die Anmeldung soll jegliche Anpas sungen oder Variationen der hierin diskutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher wird die Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt.

BEZUGSZEICHENLISTE

10 optoelektronisches Bauelement

15 elektromagnetische Strahlung

20 optoelektronisches Bauelement

100 optoelektronischer Halbleiterchip

110 erste Hauptoberfläche

115 erste Halbleiterschicht

116 zweite Halbleiterschicht

117 leuchtaktive Schicht

120 Passivierungsschicht

121 konvertierende Quantenpunkt-Teilchen

121a konvertierende Quantenpunkt-Teilchen

121b konvertierende Quantenpunkt-Teilchen

121c konvertierende Quantenpunkt-Teilchen

121d konvertierende Quantenpunkt-Teilchen

122 passive Quantenpunkt-Teilchen

125 erste Hauptoberfläche des optoelektronischen Bauele ments

131 erster Bereich

132 zweiter Bereich

133 dritter Bereich

136 emittiertes Photon

139 erster Teil der Passivierungsschicht

140 zweiter Teil der Passivierungsschicht

141 dritter Teil der Passivierungsschicht

142 vierter Teil der Passivierungsschicht

200 optoelektronischer Halbleiterchip

210 erste Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht

212 Kontaktelement

213 isolierendes Material

215 erste Halbleiterschicht

216 zweite Halbleiterschicht

217 leuchtaktive Schicht 220 PassivierungsSchicht

221 konvertierende Quantenpunkt-Teilchen

222 passive Quantenpunkt-Teilchen

225 erste Hauptoberfläche des optoelektronischen Bauele ments

240 Rückseitenmetallisierung

242 Träger

245 Verbindungsmaterial

247 erste Stromverteilungsschicht

248 Isolator

249 zweite Stromverteilungsschicht